University of Oulu

Evaluation and optimisation of chemical treatment for non-point source pollution control : purification of peat extraction runoff water

Saved in:
Author: Heiderscheidt, Elisangela
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 6.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526213200
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-10-11
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (YB210), Linnanmaa, on 21 October 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Bjørn Kløve
Reviewer: Professor Simo O. Pehkonen
Associate Professor Annelie Hedström
Opponent: Professor Kenneth M. Persson
Description:

Abstract

Chemical treatment is considered best available technology for purification of peat extraction runoff in Finland, due to its capability to remove dissolved organic carbon (DOC), suspended solids and nutrients. However, lack of optimisation and adaptation of this method for purification of diffuse pollution sources, e.g., peat extraction runoff, has led to significant fluctuations in purification efficiency. This thesis evaluated the suitability of commercially available coagulants for the treatment of typically humic water. Inorganic (ferric sulphate, aluminium sulphate and a mixed product) and organic (polyDADMAC, polyamine, chitosan and tannin products) coagulants were studied. Investigations included assessment of required dosage and the influence of process parameters (pollutant concentration, mixing, water pH and temperature) on coagulant performance. In addition, the process conditions in existing treatment systems were examined in field experiments aimed at identifying possible factors affecting purification.

Ferric sulphate (FS) was the most effective of the coagulants tested. It produced excellent flocs and achieved higher removal efficiency, particularly for DOC, than the other coagulants. However, the dosage required for FS was significantly higher than for e.g., polyDADMAC and chitosan. Moreover, samples treated with FS displayed high iron concentration and acidic pH. The organic polymers achieved satisfactory results, but further research is needed before they can become viable alternatives to metal salts.

The quality of peat extraction runoff water was found to vary significantly. It was also observed that variations in DOC concentration, even for particulate rich samples, controlled coagulant dosage and, consequently, treatment efficiency. For inorganic coagulants, mixing provided during flocculation had a more significant influence on purification than mixing provided during coagulation. This is relevant hence in now existing treatment facilities no mixing is employed during flocculation. Based on the research conducted, suggestions were formulated for process optimisation aimed at reducing variations in purification efficiency, thus increasing the reliability of the method and reducing related environmental impacts.


Tiivistelmä

Turvetuotannon valumavesien käsittelyssä yksi parhaista käyttökelpoisistatekniikoista on kemiallinen käsittely, koska se pystyy poistamaan valumavedestä liukoista orgaanista hiiltä (DOC), kiintoainetta ja ravinteita. Tästä huolimatta kemiallisen käsittelyn optimointia ei ole tehty hajakuormitukselle, kuten turvetuotannon valumavesille, minkä seurauksena valumavesien puhdistustuloksissa on suurta vaihtelua. Tässä väitöstyössä tutkittiin markkinoilla saatavilla olevien kemikaalien sopivuutta turvetuotannon humuspitoisille valumavesille. Tutkimuksessa testattiin epäorgaanisia (ferrisulfaatti, alumiinisulfaatti ja näiden sekoitus) ja orgaanisia (polyDADMAC, polyamiini, kitosaani ja tanniinipohjaisia polymeerejä) koagulanttikemikaaleja. Tutkimuksessa selvitettiin koagulanttien annostarpeet sekä erilaisten prosessiparametrien (vedenlaatu, sekoittaminen, pH ja lämpötila) vaikutus koagulanttien toimintaan. Laboratoriotutkimusten lisäksi väitöstyö sisälsi kenttämittauksia turvetuotannon valumavesien tyypillisten kemiallisen vesienkäsittelyn prosessiparametrien selvittämiseksi.

Tutkituista koagulanteista rautasulfaatti oli tehokkain. Se tuotti hyvin laskeutuvaa flokkia ja poisti parhaiten valumavesien orgaanista ainesta. Rautasulfaatti vaati kuitenkin selkeästi suuremman annostuksen kuin esimerkiksi polyDADMAC ja kitosaani. Lisäksi puhdistettuun veteen jäi paljon rautaa ja vesi oli hapanta. Orgaanisilla kemikaaleilla saavutettiin myös kohtalainen/melko hyvä puhdistustulos, mutta lisää tutkimusta tarvitaan ennen kuin ne voivat olla vaihtoehtona epäorgaanisille kemikaaleille.

Turvetuotannon valumaveden laatu vaihteli paljon. Valumaveden orgaanisen aineen määrän vaihtelulla oli suurin vaikutus kemikaalin annostukseen ja puhdistustulokseen. Sekoituksista kemiallisen käsittelyn flokkulaatiovaiheen sekoituksella oli suurempi vaikutus puhdistustulokseen kuin koagulaatiovaiheen sekoituksella. Tutkituilla turvetuotantoalueilla ei kuitenkaan ollut tällä hetkellä riittävää sekoitusta flokkulaatiovaiheessa. Tässä väitöstyössä esitetään parannuksia kemiallisen käsittelyn optimointiin paremman ja vakaamman puhdistustuloksen aikaansaamiseksi humuspitoisille vesille.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1320-0
ISBN Print: 978-952-62-1319-4
Issue: 580
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.